DE2939690A1

DE2939690A1 - Verfahren zur zuendungszeitpunktregelung

Info

Publication number: DE2939690A1
Application number: DE19792939690
Authority: DE
Inventors: Dipl.-Ing. Dr. Reinhard 7143 Vaihingen Latsch
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1979-09-29
Filing date: 1979-09-29
Publication date: 1981-04-16
Also published as: GB2060061A; JPH0159436B2; US4377140A; GB2060061B; DE2939690C2; FR2466635B1; FR2466635A1; JPS5654961A

Description

κ. 5649

31.7.1979 Böer/Ba

ROBERT BOSCH GMBH, 7OOO STUTTGART 1 Verfahren zur Zündungszeitpunktregelung Stand der Technik

Es ist bekannt, den Zündzeitpunkt bei Brennkraftmaschinen mit Fremdzündung in Abhängigkeit von verschiedenen Betriebsparametern zu steuern und zu regeln. Es ist z. B. bekannt, den Zündzeitpunkt auch in Abhängigkeit von der Abgaszusammensetzung zu verändern (DE-OS 27 ^0O M). Es ist weiterhin bekannt, den Zündzeitpunkt in Abhängigkeit von der Stärke einer klopfenden Verbrennung zu regeln, derart, daß eine noch annehmbare harte Verbrennung eingehalten wird (DE-OS 28 01 512).

Es ist weiterhin bekannt, Ionenstromsonden zur Erfassung von Verbrennungsvorgängen in den Brennräumen von Brennkraftmaschinen zu verwenden. Bei einer solchen Anwendungsform (DE-OS 2k kj> 413) wird mit Hilfe einer Ionenstromsonde die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Flammfront nach der Entzündung des Betriebsgemisches im Brennraum einer Brennkraftmaschine bei aufeinanderfolgenden Arbeitstakten gemessen. Die Schwankungen dieser Ausbreitungsgeschwindigkeiten bzw. Laufzeiten geben einen Hinweis auf die Annäherung

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an die Laufgrenze der Brennkraftmaschine. Mit steigender Luftzahl Λ nehmen die relativen Schwankungen der Laufzeit

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Verfahren mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat den Vorteil, daß unabhängig von der Entflammungsfreudigkeit des Betriebsgemisches das Entflammungsende in einer bestimmten Relation zu dem oberen Totpunkt gehalten werden kann. Im Extremfall ist es möglich, die Entflammung nicht mit einem Zündfunken, sondern mit einer Glühzündung zu betreiben und damit einen Betrieb mit stark abgemagertem Kraftstoff/Luftgemisch bei großer, Annäherung an die magere Lauf grenze zu ermöglichen. Weiterhin ist eine Annäherung an die Laufgrenze möglich, da die beim Auftreten des Klopfens beobachtete beschleunigt ablaufende Entflammungsphase durch das oben genannte Verfahren berücksichtigt wird. In diesem Falle wird der Zündwinkel automatisch nach Spät verstellt. Weiterhin entfällt der Aufwand für eine gesteuerte Verstellung des Zündwinkels mit den Nachteilen der daraus sich ergebenden Ungenauigkeiten aus Fertigungstoleranzen und aus der Abnutzung bei längerem Betrieb. Gleiches gilt entsprechend für die Verstellung des Spritzbeginns bei selbstzündenden Brennkraftmaschinen.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Verfahrens sowie der Durchführung des Verfahrens möglich.

Zeichnung

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 die schematische Blockdarstellung einer Einrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, Fig. 2

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eine Ansicht einer zur Durchführung des Verfahrens verwendbaren kombinierten Zündkerze und Ionenstromsonde, Fig. 3 eine Draufsicht auf die Zündkerze gemäß Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 und Fig. ²J ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens einer Anwendung einer mit einer Vorkammer ausgestatteten Hauptbrennkammer einer Bennkraftmaschine.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Der Verbrennungsablauf z. B. bei einer fremdgezündeten Brennkraftmaschine kann nach neueren Erkenntnisssen in zwei Phasen aufgegliedert werden und zwar in eine Entflammungsphase und in eine Phase der Hauptumsetzung der verbrennbaren Bestandteile des in den Brennräumen der Brennkraftmaschine vorhandenen Kraftstoff/Luftgemisches. Während die Err-f lümmungsphase nahezu ausschließlich von der laminaren Flammer.geschwindigkeit in dem Gemisch bestimmt wird, das bestehend aus Kraftstoff, Luft und Restgas im Bereich der Zündkerze vorliegt, und damit z. B. von der Temperatur, der. Druck, dem Zustand des Kraftstoffes (Verdampfungs- und Vorreaktionszustand) abhängt, wird die Umsetzung der restlichen Hauptladur.g vor allem von der Ladungsbewegung bzw. der dort auftretenden Turbulenz gesteuert. Die die Verbrennungsdauer der Gesamtladung beeinflussenden verzögernden und beschleunigenden Einflüsse liegen im wesentlichen in der ersten Phase, der Entflammungsphase. Diese Entflammungsphase ist etwa abgeschlossen, wenn die ersten 2% der Gesamtladung zur Entflammung gekommen ist. Die Zeitdauer des restlichen Umsatzes unterliegt dann keinen wesentlichen Schwankungen mehr.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird nun das Ende der Entflammungsphase mit Hilfe einer Ionenstromsonde erfaßt und mit Hilfe der Regelung auf einen verbrauchsgünstigsten Zündwinkel von etwa 10 Grad Kurbelwinkel vor dem oberen Totpunkt eingeregelt. Gleichermaßen wird bei selbstzündenden Brennkraftmaschinen der Einspritzzeitpunkt verstellt, der analog zum Zündzeitpunkt bei Funkenzündung hier als Zündungszeitpunkt zu betrachten ist.

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""■' "^Λ"- ^: 56

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 ist schematisch der Brennraum 1 einer Brennkraftmaschine dargestellt mit einer Zündkerze 2, die in Fig. 2 größer dargestellt ist. Die Zündkerze ist mit einer Ionenstromsonde kombiniert, die über eine Leitung 3 mit einer Impulsformerstufe 4 verbunden ist. Das am Ausgang der Impulsformerstufe ¹I auftretende Signal wird einer Vergleichseinrichtung 6 zugeführt, die an ihrem anderen Eingang mit einer zweiten Impulsformerstufe 7 verbunden ist. Der Eingang der zweiten Impulsformerstufe 7 ist mit einem induktiven Geber 9 verbunden, der entsprechend der an der Kurbelwelle vorgesehenen Winkelgebermarke 10 ein Signal an die Impulsformerstufe gibt. Die Signalmarke 10 auf der Kurbelwelle 11, welche auch ein synchron sich mit der Kurbelwelle drehbares Teil sein kann, ist so angeordnet, daß sie den optimalen Zündzeitpunkt vor OT für den entsprechenden, hier in der Zeichnung wiedergegebenen Zylinder der Brennkraftmaschine angibt.

Der Ausgang der Vergleichseinrichtung 6 ist mit einem Integrator 12 verbunden, durch dessen Ausgangssignal wiederum eine Zünd Zeitpunkt verstelleinrichtung 1*» betätigbar ist.

Der in Fig. 2 wiedergegebene Teil der Zündkerze 2 zeigt den Einschraubteil 17 der Zündkerze. Dieser Einschraubteil umgibt den Isolierkörper 19 der Zündkerze, in dem eine der Zündung dienende Mittelelektrode 18 sowie am äußersten Hand des Isolierkörpers vorgesehene Elektroden 20 und 21 zweier Ionenstromsonden eingebettet sind. Weiterhin ist eine hakenförmige Masseelektrode 22 als Gegenpol für die Mittelelektrode 18 vorgesehen.

Die Einrichtung arbeitet folgendermaßen:

Nach der Erzeugung eines Zündfunkens zwischen den Elektroden 18 und 22 kommt es zu einer mehr oder weniger schnellen Entflammung des die Zündelektroden umgebender. Betriebsgemisches. Die Entflammung breitet sich vom Zündfunken zu den beiden Ionenstromsonden 20 oder 21 hin aus. Bekannterweise liegt

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in dem entflammten Gemisch eine starke Ionisation der Gemischbestandteile vor, so' daß, sobald die Flammfront die Ionenstromsonde 20 oder 21 erreicht hat, dort ein stark ansteigender Ionenstrom gemessen wird. Dieser bewirkt in der Impulsformerstufe die Erzeugung eines impulsförmigen Signals, das der Vergleichseinrichtung 6 zugeführt wird. Auch in der zweiten Impulsformerstufe 7 wird ein rechteckförmiges Signal erzeugt entsprechend dem Vorbeilauf der Signalmarke 10 am Induktivgeber 9· Das Ausgangssignal der zweiten Impulsformerstufe 7 wird nun der Vergleichseinrichtung 6 mit dem Ausgangssignal der Impulsformerstufe hier auf Koinzidenz der Phasenlage verglichen. Bei Abweichung der Phasenlage wird ein Ausgangssignal erzeugt, das den Integrator 12 entweder in eine positive oder negative Richtung integrieren läßt, so dass das Ausgangssignal die Zündzeitpunktverstelleinrichtung Ik im positiven oder negativen Sinne verstellt, je nach Art der Abweichung des mit Hilfe der Ionenstromsonde 20 oder 21 erfaßten Ist-Wertes vom durch die Signalmarke 10 gegebenen Soll-Wert. Es gelingt auf diese Weise, den Zündzeitpunkt so zu verstellen, daß das Ende der Entflammungsphase bei einem optimalen Abstandswinkel von OT liegt. Dieser Punkt kann im Hinblick auf Verbrauch und z. B. sicheren Abstand von einer klopfenden Verbrennung optimal eingestellt werden. Die Signalmarke 10 ist mit ihrer Winkellage zu OT dann entsprechend einzustellen.

.Im beschriebenen Fall bestand der Sollwertgeber für die Lage des Entflammungsendes im wesentlichen aus dem Induktivgeber mit der Signalmarke 10. In weiterer Ausgestaltung kann jedoch wie in Fig. 1 gestrichelt dargestellt ist, zwischen der zweiten Impulsformerstufe 7 und der Vergleichseinrichtung 6 eine Signalverzögerungseinrichtung 2k vorgesehen werden. Mit dieser Einrichtung läßt sich in bekannter Weise die Weitergabe des Impulssignals von der Impulsformerstufe 7 zur Vergleichseinrichtung in Abhängigkeit von der Größe der an die Signalverzögerungseinrichtung 2k eingegebenen Steuergrößen verzögert werden. Diese Steuergrößen weisen in vorteil-

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hafter Weise eine Abhängigkeit von der momentanen Drehzahl der Brennkraftmaschine auf. Es kann weiterhin die Temperatur der Brennkraftmaschine oder des angesaugten Kraftstoff/ Luftgemisches berücksichtigt werden. Die Verstellung kann auch in Abhängigkeit vom Saugrohrunterdruck erfolgen. Es sind hier die Möglichkeiten gegeben, verschiedene sich auf den Verbrennungsablauf auswirkende Parameter zu berücksichtigen. In diesem Falle wird natürlich die Signalgeberir.arke 10 vorverlegt, um eine praktisch zu verwirklichende minimale Verzögerung der Signalweitergabe ausführen zu können. Beir. Start der Brennkraftmaschine wird mit dem vom Induktivgeber gelieferten Zündwinkel gezündet.

Grundsätzlich reicht es durchaus aus, eine einzige lonenstrcmscnc; zu verwenden, die auch über eine getrennte Bohrung in der Brennraumwand einsetzbar ist. Zur Erfassung von kleinen Ladungsmengen ist es günstig, die Ionenstromsonde mit der Zündkerze zu kombinieren. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel sind statt einer zwei lonenstromsonden vorgesehen, wodurch noch systematische Änderungen des Entflammungsablaufs als Felge von veränderten Ladungsbewegungen bei unterschiedlichen Betriebszuständen der Brennkraftmaschine ausgeglichen werden. Als Ankunftszeit der Flammfront an der lonenstrcmsonde gilt dabei z. B. die mittlere oder die späteste Zeit. Durch entsprechende, hier nicht weiter dargestellte, aber bekannte Einrichtungen, lassen sich die bei den beiden lonenstromsonden auftretenden Signale entsprechend auswählen.

Bei dem geschilderten Verfahren ist es im Falle von fremdgezündeten Brennkraftmaschinen ausreichend, in einem einzigen Zylinder einer Mehrzylinderbrennkraftmaschine eine Ionenstrommeßeinrichtung, z. B. kombiniert mit einer Zündkerze, vorzusehen. Als Integrator kann ein elektrischer Integrator mit nachgeschalteter elektromechanischer Verstelleinrichtung oder eine elektro-mechanische Verstelleinrichtung mit integrierend Eigenschaften verwendet werden.

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cn ρ ν

In Fig. 3 ist eine weitere Anwendungsmoglichkeit dargestellt. Hier ist mit dem Brennraum 1 einer Brennkraftmaschine über einen sogenannten Schußkanal 25 eine Vorkammer 26 verbunden. In solche Vokammern wird bei selbstzündenden Brennkraftmaschinen der Kraftstoff eingespritzt. Der Einspritzzeitpunkt entspricht dabei dem Zündzeitpunkt bei fremdgezündeten Brennkraftmaschinen. Solche Vorkammern dienen bei neueren Entwicklungen von fremdgezündeten Brennkraftmaschinen als Zündkammern der Entzündung eines Teils, der in die Brennr der Brennkraftmaschine eingebrachten Ladung. Nach der Entflammung strömen über den Schußkanal 25 die Gasbestandteile in Form von einem oder mehreren Flammstrahlen in den Haupt brennraum aus, wo ein relativ mageres Kraftstoff/Luftgemisch zur Entflammung gebracht wird. Solche Einrichtungen dienen bekanntermaß·.·:ι zur Entflammung von relativ mageren Kraftstoff/Luftgemischen, wobei in der Zündkammer Bedingungen geschaffen werden, unter denen das an sich magere Kraftstoff/Luftgemisch schneller und besser entflammt werden kann. In einer solchen Zündkammer kann eine Zündkerze oder auch eine Glühkerze 28 angeordnet sein. Zur Erfassung des Endes der Entflammung dieses Gemisches in der Zündkammer oder des aufgrund von Kraftstoffeinspritzung bei selbstzündenden Brennkraftmaschinen gebildeten Gemisches ist im Wandbereich des Schußkanals 25 eine Ionenstromsonde 29 vorgesehen, die die Ausströmphase des Gemisches erfaßt. Der· dort aufgenommene Ionenstrom wird in gleicher Weise verarbeitet, wie zurvor beschrieben.

Durch die vorgeschlagene Regelung entfällt eine aufwendige Zündzeitpunktverstelleinrichtung mit den bekannten Nachteilen des Einflusses von Fertigungsungenauigkeiten und der Abnutzung während des Betriebes. Es ergibt sich weiterhin die Möglichkeit, zur Entflammung auch Glühzündungen zu verwenden und auch die Entflammung eines stark abgemagerten Betriebsgemisches zu steuern. Auf diese Weise ist es bei Gewährleistung guter Laufeigenschaften der Brennkraftmaschine möglich, sich sehr nahe an die magere Laufgrenze der Brennkraftmaschine zu nähern bzw. das Betriebsgemisch entsprechend abzumagern. Weiterhin ist es möglich, die gleiche Ionenstromsonde bzw. deren Signal zur

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Erfassung von zyklischen Schwankungen der Entflairunungsdauer zu verwenden und die Gemischzusammensetzung entsprechend diesem Laufunruhesignal in bekannter Weise zu regeln.

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Claims

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Verfahren zur Zündungszeitpunktregelung

Ansprüche

(l/ Verfahren zur Zündungszeitpunktregelung, dadurch gekennzeichnet, daß mit Hilfe einer in einem bestimmten Abstand von der Entzündungsstelle im Brennraum einer fremdgezündeten oder selbstzündenden Brennkraftmaschine angeordneten Ionenstromsonde (20, 21, 25) das Ende der Entflammungsphase des Betriebsgemisches als Ist-Wert erfaßt wird und mit einem kurbelwinkel-bezogenen Soll-Wert verglichen wird, und entsprechend der Abweichung des Ist-Werts vom Soll-Wert der Zündungszeitpunkt korrigiert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Soll-Wert in Abhängigkeit von wenigstens einem Betriebsparameter, der sich auf die Entflammung des Betriebsgemisches auswirkt, einstellbar ist.

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3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Soll-Wert in Abhängigkeit von wenigstens einem die Information über die momentane Drehzahl der Brennkraftmaschine enthaltenen Parameter änderbar ist.
4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Ionenstromsonden (20, 21) vorgesehen sind und ein aus den Ausgangssignalen dieser Sonden gemitteltes Signal als Entflammungssignal verarbeitet wird.
5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche 1-ü, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Ionenstromsonden (20, 21) vorgesehen sind und daß das späteste der von den Sonden abgegebenen Signale als Signal für das Entflammungsende verarbeitet wird.
6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1-^, dadurch gekennzeichnet, daß an die Ionenstromsonde (2 29) ein Impulsformer (M) angeschlossen ist, daß ferner ein dem Zylinder, in dem die Ionenstromsonde angeordnet ist, zugeordneter Zündungswinkel-Sollwertgeber (9, 10, 7) vorgesehen ist und daß die Ausgänge des Zündungswinkel-Soll-wertgebers und der Impulsformerstufe (I¹I) mit dem Eingang einer Vergleichseinrichtung (6) verbunden sind, durch die die Phasenlage des vom Impulsformer (M) kommenden Impulses mit dem vom Zündungswinkel-Sollwertgeber kommenden Impuls verglichen wird und deren Ausgang mit einem Integrator (12) verbunden ist, durch den entsprechend dem Ausgangssignal

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der Vergleichseinrichtung eine Zündungszeitpunktverstelleinrichtung (I¹O betätigbar ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Zündungswinkelsollwertgeber einen Kurbelwinkelgeber (9) und eine diesem nachgeschaltete Signalverzögerungseinrichtung (2¹O aufweist, durch die in Abhängigkeit von sich auf dem Verbrennungsablauf im Brennraum der Brennkraftmaschine auswirkenden Parameter die Phasenlage ce?. Zündung?.-winkelsollwertes änderbar ist.
8. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet j daß wenigstens eine Ionenstromscnde (20, 21) im Isolierkörper (19) einer Zündkerze (2) angeordnet ist.
9. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Anspüche β

oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündungsstelle eines Teils des Betriebsgemisches einer Brennkraftmaschine in einer mit dem Hauptbrennraum (1) der Brennkraftmaschine üfcer wenigstens einen Schußkanal (25) verbundenen Zündkanmer (26) und die Ionenstromsonde in dem Wandbereich des Schußkanals angeordnet sind.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß zur Zündung eine Glühzündeinrichtung dient.
11. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß zur Zündung eine der Erzeugung von Zündfunken dienende

Zündkerze vorgesehen ist.

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12. Vorrichtung nach Anspruch 9> dadurch gekennzeichnet daß zur Zündung ein über eine Düse eingspritzter Kraftstoff strahl dient.

ORIGINAL INSPECTED

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